一種用于反射器顯示器的入射角優化的方法與流程

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年10月27日提交的美國臨時專利申請序列號62/122,662的優先權，該申請通過引用而全文并入于此。

背景技術：

當前現有技術水平的顯示系統一般包括平板顯示器或基于投影儀的顯示器。平板顯示器一般基于液晶顯示器(lcd)像素，其具有發光二極管(led)背光或基于等離子體的屏幕。在一些情況下，由于各種考慮，難以獲得在對角線尺寸上顯著大于80英寸的屏幕大小。對于平板顯示器，隨著屏幕大小增大的成本的非線性增加以及高功耗能夠以典型的消費者價格點將屏幕大小限制到80英寸以下。對于基于投影的顯示器，如果屏幕大小增加到80英寸以上，則降低屏幕亮度以及增加功耗、投影儀大小和投影儀噪聲可能是顯著的限制因素。另外，對于兩種類型的顯示器，目前都沒有用于裸眼三維(3d)沉浸式觀看的最佳解決方案。當前的3d顯示系統依賴于主動式眼鏡或被動式眼鏡，或者要求觀看者處于顯示器視線中的、基本上受到約束的空間區域中。

技術實現要素：

本文認識到需要相對于現有系統改進的顯示系統。特別是，本文認識到需要一種系統允許多個觀看者在同一屏幕上同時觀看單獨的定制視頻流，以及允許裸眼3d沉浸式觀看能力。這種類型的能力可以實現現有的顯示系統目前不存在的沉浸式多玩家游戲體驗。這種類型的系統還可以實現用于廣告或其他應用的定制大面積顯示器，其中對多個用戶觀察唯一的媒體流可以是有益的。另外，系統內的屏幕或其他逆反射表面可以從定向逆反射元件中受益，使得即使當在該位置對宏觀的屏幕表面的入射角不小(例如大于45度)時，單獨元件的入射角小(例如45度或更小)。

實現這種類型的能力的方法的一些實施方式包括利用投影儀和逆反射屏幕的顯示系統。在示例中，一些顯示系統可以包含與逆反射屏幕以及觀看者距投影儀的距離相結合的投影儀，使得觀察角小。在一些情況下，觀察角可以小于約10度、5度、4度、3度、2度或1度。觀察角被定義為從投影儀到屏幕上的任意給定位置的線與從屏幕上同一位置到觀看者的眼睛的線之間的角。入射角典型地定義為投影儀與關于屏幕表面的法線角之間的角。在一些情況下，到屏幕表面的入射角可能不同于到屏幕內的單獨元件的入射角。

在一些情況下，取決于投影儀、觀看者和逆反射材料/屏幕的位置和定向，到單獨逆反射元件的入射角可以比期望的大，這可能導致逆反射圖像強度和均勻性降低。這種情況可能發生在屏幕中心附近用戶和投影儀更近的系統中的逆反射屏幕的邊緣附近。這種情況也可能發生在顯示系統的一些部分分布在相互成偏移角的表面上的示例中。例如，當顯示系統的屏幕呈現在交叉的墻區域上以及橫跨交叉的墻區域時，這種情況可能發生。當利用彎曲的屏幕時或者當逆反射材料被使用在物體、工具(如例如，游戲附件)上時，這種情況也可能發生。本公開內容提供了通過優化逆反射屏幕的單獨元件而實現利用投影儀和逆反射材料的顯示系統的改進的均勻性和亮度的系統和方法。具體地，逆反射屏幕的單獨元件可以基于屏幕元件相對于投影儀的位置和/或定向被優化，以便在典型的使用場景下最小化入射角的分布。

本公開內容提供了用于通過優化逆反射屏幕元件的位置和/或定向而實現利用投影儀和逆反射屏幕的顯示系統的顯著改進的系統和方法，以便定制逆反射空間輪廓。與標準投影儀/反射屏幕系統相比，逆反射顯示系統的本質能實現顯著改進的圖像亮度。然而，對于保持逆反射顯示系統的給定空間尺寸，取決于逆反射屏幕元件的具體位置和/或定向，進一步優化入射角可以顯著改進到達觀看者眼睛的光的強度以及改進優化裸眼3d應用的到達每只眼睛的光強度比例的能力。特別地，逆反射屏幕的逆反射元件可以被優化，使得對隅角立方反射元件的入射角具有以與每個隅角立方或截頂隅角立方的標稱前表面垂直的線為中心的分布。以這種方式，可以改進被投影的圖像的亮度和均勻性。

在本方面的一方面，提供了一種顯示系統。所述顯示系統包括覆蓋有屏幕材料的逆反射屏幕。所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料內的多個逆反射屏幕元件。所述多個逆反射屏幕元件中的至少一個被定向以具有小于45度的入射角。另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的屏幕材料的一部分具有大于所述至少一個屏幕元件的入射角的入射角。另外，所述系統包括至少一個投影儀，其(i)生成表征圖像或視頻的光，以及(ii)將所述光投影到所述逆反射屏幕上。

在一些實施方式中，所述至少一個屏幕元件具有從由0度、15度、30度、45度、60度和75度組成的組中選取的入射角，以及另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的所述屏幕材料的所述部分具有90度的入射角。在一些實施方式中，所述至少一個屏幕元件具有從由0度、15度、30度、45度和60度組成的組中選取的入射角，以及另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的所述屏幕材料的所述部分具有75度的入射角。在一些實施方式中，所述至少一個屏幕元件具有從由0度、15度、30度、45度和55度組成的組中選取的入射角，以及另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的所述屏幕材料的所述部分具有60度的入射角。在一些實施方式中，所述至少一個屏幕元件具有從由0度、15度、30度和40度組成的組中選取的入射角，以及另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的所述屏幕材料的所述部分具有45度的入射角。在一些實施方式中，所述至少一個屏幕元件具有從由0度、5度、10度、15度和20度組成的組中選取的入射角，以及另外，與所述至少一個屏幕元件相對應的所述屏幕材料的所述部分具有30度的入射角。

在一些實施方式中，所述投影儀將所述光投影到所述逆反射屏幕上而無需通過分束器。在一些實施方式中，所述逆反射屏幕將來自所述投影儀的光反射至觀看者而無需光通過分束器。在一些實施方式中，所述逆反射屏幕以小于約3°的觀察角將來自所述投影儀的光反射至觀看者。在一些實施方式中，所述投影儀可安裝在觀看者的身體上。在一些實施方式中，所述投影儀可安裝在觀看者的頭部上。在一些實施方式中，所述逆反射屏幕包括截頂的隅角立方反射器。在一些實施方式中，所述顯示系統還包括用于提供聲音以補充所述圖像或視頻的聲音系統。在一些實施方式中，所述圖像或視頻是三維的。在一些實施方式中，所述多個逆反射屏幕元件的一部分被遞增地定向以對投影儀相對于所述屏幕的特定位置進行優化。

在一些實施方式中，所述多個逆反射屏幕元件的一部分被遞增地定向以對用戶相對于所述屏幕的特定位置進行優化。在一些實施方式中，具有高于特定閾值的入射角的屏幕元件被重定向。在一些實施方式中，不具有高于特定閾值的入射角的屏幕元件不被重定向。在一些實施方式中，所述多個逆反射屏幕元件的一部分被定向為朝著用戶和/或投影儀相對于所述屏幕的特定位置。在一些實施方式中，所述多個逆反射屏幕元件的一部分被定向為朝著所述用戶和/或投影儀相對于所述屏幕的預期位置。在一些實施方式中，所述多個逆反射屏幕元件的一部分被定向為朝著所述用戶和/或投影儀相對于所述屏幕的預期位置附近的位置。在一些實施方式中，所述屏幕元件的至少一部分被定向在集群中，如圖12中示意示出的。在一些實施方式中，所述屏幕元件的至少一部分被以連續方式定向，如圖20中示意示出的。在一些實施方式中，所述多個屏幕元件的至少一部分提供在被定向以優化所述多個屏幕元件的入射角的工具或游戲附件或其他與屏幕有關的物體上。

在本發明的另一方面，提供了一種用于投影圖像或視頻以供觀看者觀看的方法。所述方法包括提供覆蓋有屏幕材料的逆反射屏幕，所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料內的多個逆反射屏幕元件，其中所述多個逆反射屏幕元件中的至少一個被定向以具有小于45度的入射角，并且其中與所述屏幕元件相對應的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角。另外，所述方法包括將表征圖像或視頻的光從投影儀引導至所述逆反射屏幕，其中，具有所述逆反射屏幕元件的所述逆反射屏幕以具有以法向入射角為中心的分布的角度反射所述光。

在一些實施方式中，所述逆反射屏幕將來自所述投影儀的光反射至所述觀看者而無需使用分束器。在一些實施方式中，所述投影儀安裝在所述觀看者的身體上。在一些實施方式中，所述投影儀安裝在所述觀看者的頭部上。在一些實施方式中，所述方法還包括為所述觀看者提供聲音以補充所述圖像或視頻。在一些實施方式中，所述圖像或視頻是三維的。

在本發明的又一方面，提供了一種用于投影圖像或視頻的方法。所述方法包括將表征圖像或視頻的光從投影儀引導至與所述投影儀進行光學通信的逆反射屏幕。所述逆反射屏幕具有被定向以具有小于45度的入射角的屏幕元件。另外，與所述屏幕元件相對應的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角，并且其中在引導時，所述光從所述屏幕材料以比從所述多個屏幕元件的一部分的表面被反射的光更高的入射角被反射。

在一些實施方式中，所述光可被多個觀看者觀看。在一些實施方式中，所述多個觀看者中的每一個相對于所述逆反射屏幕處于不同位置。

在本發明的另一方面，提供了一種用于投影圖像或視頻以供觀看者觀看的方法。所述方法包括使用投影儀生成表征圖像或視頻的光。另外，所述方法包括將所述光從所述投影儀引導至與所述投影儀進行光學通信的逆反射屏幕，其中所述逆反射屏幕具有反射所述光的逆反射屏幕元件，使得被所述逆反射屏幕反射的光被屏幕材料覆蓋，所述逆反射屏幕具有位于所述屏幕材料下方的多個逆反射屏幕元件，其中所述多個逆反射屏幕元件中的至少一個被定向以具有小于45度的入射角，并且其中與所述屏幕元件相對應的所述屏幕材料的一部分具有大于所述屏幕元件的入射角的入射角。

在一些實施方式中，所述逆反射屏幕將來自所述投影儀的光反射至所述觀看者而無需使用分束器。在一些實施方式中，所述投影儀安裝在所述觀看者的身體上。

根據下文的具體實施方式，本公開內容的附加方面和優點對于本領域技術人員而言將變得顯而易見，其中簡單的通過示出預期用于實現本公開內容的最佳模式的方式，僅示出和描述了本公開內容的說明性實施方式。如將認識到的，本公開內容能夠具有其他實施方式和不同實施方式，結尾的幾個細節能夠在不偏離本公開內容的情況下從各個明顯的方面進行修改。因此，附圖和描述本質上被認為是說明性的，而非限制性的。

援引并入

本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請通過引用并入于此，就像每個單獨的出版物、專利和專利申請被具體地和單獨地指明通過引用而并入一樣。

附圖說明

具體闡明了本發明的新穎特征。通過參考以下對其中利用到本發明原理的說明性實施方式加以闡述的詳細描述和附圖，將會獲得對本發明的特征和優點的更好的理解，在附圖(這里也稱“圖”)中：

圖1示意性地示出了根據本發明的實施方式的代表性逆反射屏幕的放大正視圖；

圖2示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有投影儀和逆反射屏幕的系統的俯視圖；

圖3示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，而觀看者以非直角面對屏幕；

圖4示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離；

圖5示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為比典型距離更大的距離；

圖6示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為比典型距離更小的距離；

圖7示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者面對屏幕配置的角落；

圖8示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者從靠近一個屏幕的位置面對屏幕配置的角落；

圖9示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者從靠近一個屏幕并且距前屏幕和側屏幕的相交處相對遠的位置面對屏幕配置的角落；

圖10示出了根據本發明的實施方式的相對于靠近前壁和地板的相交處的位置的法向入射角所計算的入射角作為距相交處的距離的函數的圖；

圖11示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離，并且優化了屏幕元件集群；

圖12示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離，并且優化了單獨屏幕元件；

圖13示意性地示出了根據本發明的實施方式的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者面對屏幕配置的角落，并且優化了屏幕元件集群；

圖14示意性地示出了根據本發明的實施方式的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者面對屏幕配置的角落，并且優化了單獨屏幕元件；

圖15示出了根據本發明的實施方式的相對于靠近前壁和地板的相交處的位置的法向入射角所計算的入射角作為距相交處的距離的函數的圖，其中優化了隅角立方定向；

圖16示意性地示出了根據本發明的實施方式的帶有逆反射表面的一種工具和用于這樣的工具的典型的入射角；

圖17示意性地示出了根據本發明的實施方式的帶有具有交叉平面的逆反射屏幕元件的逆反射屏幕；

圖18示意性地示出了被編程或以其他方式配置以實現本公開內容的方法的計算機系統；

圖19示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者和投影儀面對彎曲的屏幕；以及

圖20示意性地示出了根據本發明的實施方式的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者和投影儀面對彎曲的屏幕，并且優化了單獨屏幕元件。

具體實施方式

雖然本文示出和描述了本發明的優選實施方式，但對于本領域技術人員顯而易見的是，這樣的實施方式僅以示例方式提供。本領域技術人員現在將在不偏離本發明的情況下想到多種變化、改變和替換。應當理解，在實踐本發明時可以采用針對本文描述的本發明的實施方式的各種替代方案。

本文所使用的術語“逆反射”(本文中亦為“逆反射式”或“逆反射性”)一般是指以最小的光散射將光反射回至其源的設備或表面。在逆反射屏幕中，電磁波沿著與波源方向平行但相反的向量反射回來。逆反射屏幕包括由許多小的單獨的隅角立方反射元件組成的逆反射表面。

本文所使用的術語“隅角立方反射元件”一般是指由三個相互垂直或者幾乎垂直的平坦反射表面組成的反射性部分立方。利用這種幾何形狀，入射光被直接反射回所述源。

本文所使用的術語“投影儀”一般是指被配置用于投影(或引導)光的系統或設備。投影的光可以投影圖像和/或視頻。

本文所使用的術語“觀察角”一般是指從投影儀指向屏幕上的給定位置的第一線與從屏幕上同一位置到觀看者的一只或多只眼睛的第二線之間的角度。

本文所使用的術語“入射角”一般是指從投影儀指向屏幕上給定位置的第一線與正交于接收光的標稱前表面的第二線之間的角度。因此，當入射角在屏幕的背景下被整體評估時，屏幕的入射角是指從投影儀引導到屏幕的材料的第一線和正交于屏幕的材料的第二線之間的角。在其他示例中，當入射角在屏幕元件的前表面的背景下被評估時，屏幕元件比如被放置作為屏幕材料的一部分的隅角立方，屏幕元件的入射角是指從投影儀引導到屏幕元件的第一線和正交于屏幕元件的標稱前表面的第二線之間的角。在示例中，屏幕元件可以是隅角立方。另外，如果隅角立方已經是一個完整的立方，則隅角立方的標稱前表面被定義為與從隅角立方結構的角到立方的假想相對角的線垂直并且相交的表面。在未并入本發明的典型的逆反射隅角立方屏幕中，每個隅角立方元件的標稱前表面幾乎平行于屏幕材料的前表面。

本公開內容提供了允許多個觀看者在同一屏幕上同時觀看單獨定制的視頻流的顯示系統以及裸眼3d沉浸式觀看能力。該顯示系統可以包括與逆反射屏幕以及觀看者距投影儀的距離相結合的投影儀。顯示系統的屏幕上的圖像的亮度可以相比于具有相等功率或光源強度的傳統顯示系統增加約100至500的系數。

本發明的一些實施方式提供了設計和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角為中心的分布。以這種方式，可以改進投影的圖像的亮度和均勻性。

逆反射顯示系統

本公開內容提供了一種具有逆反射屏幕的顯示系統，該逆反射屏幕具有逆反射屏幕元件，逆反射屏幕元件被設計和定制成使得亮度可以顯著地提高到高于并且超過由基線逆反射顯示系統實現的已經顯著增加的強度。具體地，本公開內容提供了依賴位置的反射器顯示系統的示例，如下所述。在圖1中所見為逆反射顯示系統的示例。具體地，根據本發明的一個實施方式，圖1示出了代表性逆反射屏幕的正視圖。圖1中所見的逆反射屏幕包括截頂隅角立方反射器陣列。隅角立方反射器也可以由替換的幾何形狀組成。隅角立方反射器的示例提供在frey等的美國專利號5,763,049以及smith的7,261,424中，這些專利通過引用整體結合于此。在一些實施方式中，每個隅角立方反射器的大小小于投影的圖像的預期的或預測的像素大小，而像素大小由投影儀顯示系統和投影儀距逆反射屏幕的距離的組合來確定。

顯示系統可以與其中觀察角為非零的任何逆反射顯示應用一起使用。另外，顯示系統可以與其中所述角為零的任何逆反射顯示應用一起使用。可被配置用于沿著與入射光傳播方向基本上相反的方向反射入射光的逆反射屏幕可以實現顯著改進的亮度。入射光可以沿著與傳播方向相反的方向(比如逆平行的或沿著與傳播方向基本相反的方向，但不是恰好平行或非平行)被反射。例如，入射光沿著相對于傳播方向約170°-190°的方向反射。

顯示系統可以包括被配置用于沿著與入射光的傳播方向基本上非平行(例如，逆平行)的方向反射入射光的逆反射屏幕，以及用于將表征圖像或視頻的光投影到逆反射屏幕上而無需使光通過分束器的投影儀。逆反射屏幕可以將來自投影儀的入射光反射至觀看者而無需使光通過分束器或任何漫射器層。逆反射屏幕能夠以小于或等于約20°、15°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1.5°、1°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°或0.1°的觀察角將來自投影儀的入射光反射至觀看者。觀察角可以在約0.1°與10°或者0.2°與3°之間。顯示系統可以在無需分束器的情況下操作，從而有利地提供降低的復雜度和/或成本，以及相比于使用分束器的系統而避免至少2倍、3倍、4倍或更大的強度減小。

觀察角可以是用戶距逆反射屏幕的距離的函數。在一些實施方式中，當用戶處于距逆反射屏幕至少約1英尺、2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、9英尺或10英尺的距離處時，觀察角小于約5°、4°、3°、2°、1.5°、1°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°或0.1°。在一個示例中，當用戶處于距逆反射屏幕至少約4英尺的距離處時，觀察角可以小于約3°。在一些情況下，來自逆反射屏幕的反射光的強度在約0°的觀察角處最大，并且隨著觀察角的增加而減小。

在一方面，顯示系統包括具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕，逆反射屏幕元件沿著與光的傳播方向基本上非平行的方向反射光。每個逆反射屏幕元件包括至少三個相交平面(例如，以錐體結構或截錐體結構的形式)。三個相交平面中的至少一個平面能夠以90°的角度與(例如，同一逆反射屏幕元件的)相鄰平面相交，并且具有大于0°的偏移。系統還包括將光投影到逆反射器上的至少一個投影儀，所述光表征圖像或視頻。具有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕可以定向和/或定位屏幕元件以優化沿著入射角反射的光以具有以法向入射角為中心的分布。逆反射屏幕可以包括截頂的隅角立方反射器。另外，在一些情況下，系統包括多個投影儀。例如，系統可以包括提供用于3d觀看的立體圖像或視頻的兩個投影儀。

圖像或視頻可以是三維的。例如，圖像或視頻由不止一個投影儀呈現，使得在由逆反射屏幕反射時，圖像或視頻是三維的。在一些情況下，圖像或視頻是三維的，而無需使用諸如3d眼鏡等任何光學器件。

三個相交平面中的至少一個、兩個或全部三個中的每一個可能以90°的角度與相鄰逆反射屏幕元件的平面相交，并具有大于0°的偏移。偏移可以為至少約0.01°、0.05°、0.1°、0.15°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、1°、2°、3°、4°、5°或10°。在一些情況下，偏移介于約0.01°與5°或者0.1°與1°之間。在一些示例中，偏移為約0.1°至1.5°；低于0.1可以不產生大的輪廓變化，而高于1.5°可能產生強度損失。偏移可以如本文其他地方所描述。

投影儀可以將光投影到逆反射屏幕上而不通過分束器。逆反射屏幕可以將來自投影儀的光反射至觀看者，而無需使光通過分束器。因此，可以從顯示系統中排除分束器。

投影儀可以是可安裝在觀看者的身體上的。在一些示例中，投影儀可安裝在觀看者的頭部上。投影儀可以是可安裝有支撐構件的，支撐構件諸如為主體或頭部支撐構件(例如，一個或多個支撐帶)。投影儀還可以獨立于觀看者而安裝在固定位置處，使得觀看者可以進入投影儀的范圍。

顯示系統可以包括用于提供聲音以補充圖像或視頻的聲音系統。聲音可以伴隨觀看者的觀看體驗，諸如通過耳機或其他本地揚聲器系統的方式。

逆反射系統可以具有各種大小和配置。屏幕可以是基本上平坦的或彎曲的。屏幕可以具有至少約1米(m)、10m或50m的寬度，以及至少約1m，10m或50m的高度。在大面積設置中，至少部分地由于顯示器大小的質量以及在同一屏幕區域上具有多個圖像/視頻，大面積顯示器可以對于廣告目的或其他展示演示有效。

在一些示例中，三個相交平面中的第一平面以90°的角度與逆反射屏幕元件的相鄰平面相交并具有在標稱90％角度的方向上大于0°的第一偏移，而三個相交平面中的第二平面以90°的角度與相鄰逆反射屏幕元件的平面相交并具有大于0°的第二偏移。第一偏移可以不同于第二偏移。或者，第一偏移可以與第二偏移相同。在一些情況下，三個相交平面中的第三平面以90°的角度與相鄰逆反射屏幕元件的平面相交并具有大于0°的第三偏移。第三偏移可以不同于第一偏移、第二偏移或者第一偏移和第二偏移。可替換地，第三偏移可以與第一偏移、第二偏移或者第一偏移和第二偏移相同。這些逆反射屏幕元件的示例在2015年5月25日提交的pct專利申請序列號pct/us2015/032757中討論，其通過引用并入于此。在一些情況下，通過如本申請中所述減小對單獨逆反射元件的入射角，可以增強pct專利申請序列號pct/us2015/032757中描述的方法。

根據本發明的實施方式，逆反射屏幕可以包括具有相交平面的逆反射屏幕元件。這在圖17中示意性地圖示，其示出了具有相交平面a-f的錐體逆反射屏幕元件。相鄰元件的平面能夠以90°的角度彼此相交。例如，示意圖左下方部分的平面b和平面c以90°的角度相交。在一些情況下，三個相交平面中的至少一個能夠以90°的角度與(例如，同一逆反射屏幕元件的)相鄰平面相交并具有大于0°的偏移。例如，圖17左下方部分的d平面能夠以90°的角度與e平面相交并且具有大于0°的偏移。

逆反射屏幕元件和來自所述元件的光的角分布可以是例如美國專利號3,817,596、4,775,219和7,370,981以及p.r.yoder的“studyoflightdeviationerrorsintriplemirrorsandtetrahedralprisms”，j.opticalsoc.amer，第48卷，第7期，496-499頁(1958年7月)中描述的，其中每一個通過引用整體并入于此。

有多種途徑用于制造帶有逆反射屏幕元件的逆反射屏幕。此類途徑的示例描述在美國專利號5,763,049和7,261,424中，其中每一個通過引用整體并入于此。

依賴位置的反射器顯示系統

基于被配置為沿著基本逆平行于入射傳播方向的方向反射入射光的逆反射屏幕的顯示系統可以實現顯著改進的亮度。但是，在虛擬完整的房間環境中，其中逆反射屏幕延伸到房間的角落以及地板和天花板到墻壁的相交處，反射屏幕上的光的入射角可以顯著偏離法向入射角，因此影響顯示均勻性和亮度。本發明的一方面提供設計和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得到隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角為中心的分布。以這種方式，可以顯著改進投影的圖像的亮度和均勻性。本發明適用于入射角具有不同于法向入射角的期望的角分布的任何位置。例如，在地板、墻壁和天花板的相交處以及靠近地板、墻壁和天花板的相交處，存在是相對于法向入射角的偏移的可預測的入射角分布。作為另一個示例，帶有作為虛擬環境一部分的逆反射表面的實現或其他物體也可以具有從法向入射角的入射角分布偏移。

圖2示出了根據本發明的實施方式的具有投影儀和逆反射屏幕的系統的示意性俯視圖。屏幕的逆反射屬性使得入射在屏幕上的大部分光不管入射角如何都以緊密的定向光錐反射回投影儀。這與以相對各向同性的方式散射入射光的一些常規屏幕相反。在這種常規屏幕設置中，入射在屏幕上的光中的僅非常小部分實際上射在觀看者的眼睛上。由于所提出的系統的逆反射效果，如果觀看者的眼睛非常靠近于投影儀，使得由投影儀到反射屏幕并返回至觀看者的眼睛的路徑所限定的角度較小，則與常規投影儀和反射屏幕設置相比，圖像的亮度可以增加100-500倍之多。圖2的系統在一些情況下不具有分束器。

圖3示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者以非法向角面對屏幕。在此圖中，可以觀察到在較靠近觀察者的位置入射到屏幕上的光與入射到距觀看者較遠的屏幕上的光相比具有更法向的入射角。盡管逆反射隅角立方的屬性是這樣使得對入射角的靈敏度降低，在入射角顯著偏離法向角的情況下，亮度和均勻性仍然可以被影響。

圖4示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離。在此圖中，可以看到，在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。另外，相對于法向的角度具有一致的位移，其對于地板和前壁屏幕是不同的。投影在該區域中的地板上的光一直具有向如圖4所示法線方向逆時針旋轉的入射角，而投影在該區域中的壁上的光一直具有相對于如圖4所示法線方向順時針旋轉的入射角。

圖5示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處的距離相比圖4中所示場景更遠。在此圖中，可以看到在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方水平表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。投影在該區域中的地板上的光一直具有向法線方向逆時針旋轉比圖4中所示場景更大量的入射角，而投影在該區域中的壁上的光一直具有相對于如圖4所示法線方向順時針旋轉比圖4所示場景更小量的入射角。

圖6示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處的距離比圖4中所示場景更近。在此圖中，可以看到在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方平坦表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。與圖4中所示場景相比，投影在該區域中的地板上的光一直具有向法線方向逆時針旋轉比圖4所示場景更小量的入射角，而投影在該區域中的壁上的光一直具有相對于如圖4所示法線方向順時針旋轉比圖4所示場景更大量的入射角。

圖7示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者面對屏幕配置的角落，并且觀看者距左屏幕和右屏幕都為中等距離，其中左和右被定義為圖7視圖中分別到觀看者方向的左方和右方的屏幕。在此圖中，可以看到在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方平坦表面接近法向的入射角。相反，射在接近前壁和地板的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。另外，相對于法向的角具有一致的位移，其對于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。投影在該區域中的右屏幕上的光一直具有向如圖7所示法線方向逆時針旋轉的入射角，而投影在該區域中的右屏幕上的光一直具有相對于圖7所示法線方向順時針旋轉的入射角。

圖8示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者從接近一個屏幕的位置面對屏幕配置的角落，并且觀看者距左屏幕距離近且距右屏幕為中等距離，其中左和右被定義為圖8視圖中分別到觀看者方向的左方和右方的屏幕。在此圖中，可以看到，在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近左方和右方的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。另外，相對于法向的角度有一致的位移，其對于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。與圖7中所示場景相比，投影在該區域中的右屏幕上的光一直具有向法線方向逆時針旋轉比圖7所示場景更小量的入射角，而投影在該區域中的左屏幕上的光一直具有相對于法線方向順時針旋轉比圖7所示場景更大量的入射角。

圖9示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者從靠近一個屏幕的位置面對屏幕配置的角落，并且觀看者距左屏幕距離更遠且距右屏幕為中等距離，其中左和右被定義為圖8視圖中分別到觀看者方向的左方和右方的屏幕。在此圖中，可以看到，在觀看者前面直接接觸屏幕的被投影的光具有相對于法向隅角立方平坦表面的接近法向的入射角。相反，射在接近左方和右方的相交處的逆反射屏幕上的光具有一直偏離法向入射角的入射角。另外，相對于法向的角度有一致的位移，其對于左逆反射屏幕和右逆反射屏幕是不同的。投影在該區域中的右屏幕上的光一直具有向法線方向逆時針旋轉比圖7所示場景更大量的入射角，而投影在該區域中的左屏幕上的光一直具有相對于法線方向順時針旋轉比圖7所示場景更小量的入射角。

圖10示出了相對于靠近前壁和地板的相交處的位置的法向入射角所計算的入射角(垂直軸)作為距所述相交處的以英尺為單位的距離(水平軸)的函數的圖。短劃線代表投影到靠近相交處的地板上的光的入射角，而點線代表投影到靠近相交處的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。負值代表相對于法向入射角逆時針的入射角，而正值代表相對于法向入射角逆時針的入射角。所繪制的矩形示意地代表最期望的或最優的入射角范圍。可以看到在距前壁較遠距離處，投影在地板逆反射屏幕上的光的入射角落在期望的范圍之外，而在距前壁較近距離處，投影在前壁逆反射屏幕上的光的入射角落在期望的范圍之外。

圖11示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離，并且優化了屏幕元件集群。通過利用在前面圖中觀察到的模式，其示出了從法向入射角的一致的偏離方向，與該區域中的墻壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏離方向對于該區域中的地板上的逆反射屏幕處于相反方向，有可能設計單獨隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在圖11中，隅角立方元件被繪制為單獨地旋轉以補償在這些相應區域中的系統的不正常入射光。

圖12示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的側視圖，其中觀看者距前屏幕和底屏幕相交處為中等距離，并且優化了屏幕元件集群。通過利用在前面圖中觀察到的模式，其示出了從法向入射角的一致的偏離方向，與該區域中的墻壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏離方向對于該區域中的地板上的逆反射屏幕處于相反方向，有可能設計單獨隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在圖11中，隅角立方元件被繪制為旋轉的隅角立方元件的集群以補償在這些相應區域中的系統的不正常入射光。

圖13示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者距左屏幕和右屏幕相交處為中等距離，并且優化了屏幕元件集群。通過利用在前面圖中觀察到的模式，其示出了從法向入射角的一致的偏離方向，與該區域中的右壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏離方向對于該區域中的左壁上的逆反射屏幕處于相反方向，有可能設計單獨隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在圖13中，隅角立方元件被繪制為單獨地旋轉以補償在這些相應區域中的系統的不正常入射光。

圖14示意性地示出了根據本發明的實施方式的本發明的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者距左屏幕和右屏幕相交處為中等距離，并且優化了屏幕元件集群。通過利用在前面圖中觀察到的模式，其示出了從法向入射角的一致的偏離方向，與該區域中的右壁上的逆反射屏幕相比，所述一致的偏離方向對于該區域中的左壁上的逆反射屏幕處于相反方向，有可能設計單獨隅角立方元件或隅角立方元件集群的定向。在圖14中，隅角立方元件被繪制為旋轉的隅角立方元件的集群以補償在這些相應區域中的系統的不正常入射光。

以上描述的示例和圖使用平坦的屏幕表面作為示例用于更簡單的解釋和可視化。但是，以上描述的原理也適用于彎曲的屏幕和表面。當事先已知屏幕的特定區域具有到屏幕表面的特定的典型入射角時，本發明的實施方式可以用于設計逆反射元件的定向，使得即使當對宏觀屏幕表面的入射角可能不小(例如大于45度)時，對元件的入射角是小的(例如45度或更小)。例如，圖19示意性地示出了不用本發明的原理的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者和投影儀面對彎曲的屏幕。在此圖中，我們看到對于屏幕的特定區域，對屏幕的入射角將大于45度，并且在該位置處對逆反射元件的對應入射角也將大于45度。圖20示意性地示出了根據本發明的實施方式的代表性逆反射屏幕和投影儀系統的俯視圖，其中觀看者和投影儀面對彎曲的屏幕，并且優化了單獨的屏幕元件。在這種情況下，我們看到，即使對屏幕的入射角將大于45度，但在該位置處對逆反射元件的對應的入射角可以顯著小于45度。

圖15示出了根據本發明的實施方式的相對于靠近前壁和地板的相交處的位置的法向入射角所計算的入射角(垂直軸)作為距所述相交處的以英尺為單位的距離(水平軸)的函數，其中優化了隅角立方定向。短劃線代表投影到靠近相交處的地板上的光的入射角，而點線代表投影到靠近相交處的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。這些線都代表缺少根據本發明實施方式優化的隅角立方定向的場景。負值代表相對于法向入射角逆時針的入射角，而正值代表相對于法向入射角逆時針的入射角。所繪制的矩形示意地代表最期望的或最優的入射角范圍。圖中的實曲線代表在根據本發明的實施方式已優化了隅角立方定向的條件下，對投影到靠近相交處的地板上的光以及投影到靠近相交處的前壁逆反射屏幕上的光的入射角。對于這兩種表面，投影到相應表面上的光的入射角都保持在示意性地代表最期望的或最優的入射角范圍的矩形內。

圖16示意性地示出了帶有逆反射表面的工具和對于這樣的工具的典型的入射角。在此圖中，工具是劍。一般而言，對于運用工具的任何用戶或游戲玩家，入射角在接近用戶的方向將小于90度。考慮這個的另一種方式是用戶將不從工具尖端的有利點看他或她正持有的劍或其他工具。因為這個對入射角的法線方向的系統的偏移，逆反射元件可以按照與上面給出的示例相似的方式被定向以優化均勻性和亮度。

本公開內容的系統和方法提供了設計和定制逆反射屏幕的逆反射元件，使得隅角立方反射元件的入射角具有以法向入射角為中心的分布。以這種方式，可以顯著改進投影圖像的亮度和均勻性。

計算機系統

本公開內容的另一方面提供了一種被編程或以其他方式配置用于實現本公開內容的方法的系統。該系統可以包括可操作地耦合到投影儀和光電檢測器的計算機服務器。投影儀和光電檢測器可以是獨立單元或者集成為投影與檢測系統。

圖18示出了包括被編程用于實現本文公開的方法的計算機服務器(“服務器”)1801的系統1800。服務器1801包括中央處理器(cpu，本文中亦為“處理器”和“計算機處理器”)1805，其可以是單核或多核處理器或者用于并行處理的多個處理器。服務器1801還包括存儲器1810(例如，隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃速存儲器)、電子存儲單元1815(例如，硬盤)、用于與一個或多個其他系統通信的通信接口1820(例如，網絡適配器)以及外圍設備1825，諸如高速緩存、其他存儲器、數據存儲器和/或電子顯示適配器。存儲器1810、存儲單元1815，接口1820和外圍設備1825通過諸如主板等通信總線(實線)與cpu1805通信。存儲單元1815可以是用于儲存數據的數據存儲單元(或數據儲存庫)。服務器1801可以借助于通信接口1820可操作地耦合至計算機網絡(“網絡”)。網絡可以是因特網、互聯網和/或外聯網，或者與因特網通信的內聯網和/或外聯網。在一些情況下，網絡是電信網絡和/或數據網絡。網絡可以包括一個或多個計算機服務器，計算機服務器可以實現分布式計算，諸如云計算。在一些情況下借助服務器1801，網絡可以實現對等網絡，該對等網絡可以使耦合至服務器1801的設備能夠表現為客戶端或服務器。

存儲單元1815可以儲存文件或數據。服務器1801可以包括在服務器1801外部的，諸如位于遠程服務器上的一個或多個附加數據存儲單元，遠程服務器通過內聯網或因特網與服務器1801通信。

在一些情況下，系統1800包括單一服務器1801。在其他情況下，系統1800包括通過內聯網和/或因特網彼此通信的多個服務器。

服務器1801可適于儲存投影環境的用戶信息和數據或者與投影環境相關的用戶信息和數據，舉例而言，諸如顯示角度和強度設置。服務器1801可被編程用于通過耦合至服務器1801的投影儀來顯示圖像或視頻。

如本文描述的方法可以通過在服務器1801的電子存儲位置上，舉例而言，諸如在存儲器1810或電子存儲單元1815上，儲存的機器(或計算機處理器)可執行代碼(或軟件)的方式來實現。在使用期間，代碼可以由處理器1805執行。在一些情況下，代碼可以從存儲單元1815取回并儲存在存儲器1810上以供處理器1805迅速訪問。在一些情況下，可以排除電子存儲器單元1815，并且將機器可執行指令儲存在存儲器1810上。

代碼可被預編譯并配置用于與具有適于執行該代碼的處理器的機器一起使用，或者可以在運行時期間被編譯。代碼能夠以可被選擇以使該代碼能夠以預編譯或編譯時(as-compiled)的方式執行的編程語言來提供。

服務器1801耦合至投影儀1830和光電檢測器1835(例如，與其通信)。在一個示例中，投影儀1830可以將圖像或視頻投影到逆反射屏幕上。在另一示例中，投影儀1830可以將紫外光或紅外光投影到逆反射屏幕上。光電檢測器1835可以檢測(或測量)來自逆反射屏幕的反射光

投影儀1830可以包括用于將圖像或視頻引導和/或聚焦到逆反射屏幕上的一個或多個光學器件。光電檢測器可以是被配置用于在暴露于光下時生成電流的器件，舉例而言，諸如電荷耦合器件(ccd)。

本文提供的系統和方法的各方面，諸如服務器1801，可以體現在編程中。該技術的各個方面可被認為是“產品”或“制品”，其通常為在一種類型的機器可讀介質上攜帶或在該介質中體現的機器(或處理器)可執行代碼和/或相關聯數據的形式。機器可執行代碼可以儲存在諸如存儲器(例如，只讀存儲器、隨機存取存儲器、閃速存儲器)或硬盤等電子存儲單元上。“存儲”型介質可以包括任何或所有的計算機有形存儲器、處理器等，或其相關聯的模塊，諸如各種半導體存儲器、磁帶驅動器、磁盤驅動器等，其可以在任何時間為軟件編程提供非暫時性存儲。軟件的全部或部分有時可以通過因特網或各種其他電信網絡進行通信。這樣的通信例如可以使軟件能夠從一個計算機或處理器加載到另一計算機或處理器中，例如，從管理服務器或主機加載到應用服務器的計算機平臺中。因此，可以承載軟件元件的另一類型的介質包括諸如跨本地設備之間的物理接口、通過有線和光學陸上通信線網絡以及通過各種空中鏈路而使用的光波、電波和電磁波。攜帶此類波的物理元件，諸如有線或無線鏈路、光學鏈路等，也可被認為是承載軟件的介質。如本文所使用的，除非限制于非暫時性有形“存儲”介質，否則諸如計算機或機器“可讀介質”等術語是指參與向處理器提供指令以供執行的任何介質。

因此，諸如計算機可執行代碼等機器可讀介質可以采取許多形式，包括但不限于有形存儲介質、載波介質或物理傳輸介質。非易失性存儲介質包括例如光盤或磁盤，諸如任何一個或多個計算機中的任何存儲設備等，諸如附圖中所示的可用于實現數據庫的那些介質等。易失性存儲介質包括動態存儲器，諸如這樣的計算機平臺的主存儲器。有形傳輸介質包括同軸電纜、銅線和光纖，包括構成計算機系統內的總線的導線。載波傳輸介質可以采取電信號或電磁信號或者聲波或光波如射頻(rf)和紅外(ir)數據通信期間生成的那些的形式。因此，計算機可讀介質的常見形式包括例如：軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、任何其他磁性介質、cd-rom、dvd或dvd-rom、任何其他光學介質、穿孔紙帶、任何其他具有孔洞圖案的物理存儲介質、ram、rom、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存儲器芯片或匣盒、傳送數據或指令的載波、傳送這樣的載波的電纜或鏈路，或者計算機可以從中讀取程序代碼和/或數據的任何其他介質。這些計算機可讀介質形式中的許多可涉及將一個或多個指令的一個或多個序列攜帶至處理器以供執行。

本公開內容的方法和系統可以通過一個或多個算法的方式實現。算法可以在由中央處理器1805執行時通過軟件的方式實現。算法可例如確定逆反射屏幕元件的最佳位置和/或定向。

本文提供的系統和方法可以與其他系統和方法相結合或者由其他系統和方法修改，所述其他系統和方法諸如為pct申請序列號pct/us13/45716和pct/us2015/032757；美國專利公告號2013/0342813；美國專利號3,817,596、4,775,219、5,763,049、7,261,424和7,370,981；以及p.r.yoder的“studyoflightdeviationerrorsintriplemirrorsandtetrahedralprisms，”j.opticalsoc.amer.，第48卷，第7期，496-499頁(1958年7月)中所述的那些，上述文獻各自通過引用而全文并入于此。

雖然本文示出和描述了本發明的優選實施方式，但對于本領域技術人員顯而易見的是，這樣的實施方式僅以示例的方式提供。本發明不旨在通過說明書中提供的具體示例來限制。雖然已經參考前述說明書描述了本發明，但本文的實施方式的描述和圖示不應以限制性的意義來解釋。本領域技術人員現將在不偏離本發明的情況下想到眾多變更、改變和替換。此外，應當理解，本發明的所有方面不限于本文闡述的具體描繪、配置或相對比例，而是取決于多種條件和變量。應當理解，在本發明的實踐中可以采用本文描述的本發明的實施方式的各種備選方案。因此可以設想，本發明還應當覆蓋任何這樣的替代、修改、改變或等同物。以下權利要求旨在限定本發明的范圍，并且旨在由此涵蓋這些權利要求及其等同物的范圍內的方法和結構。